Doorbraak in kunstmatige organen die hun eigen bloedvaten vormen

Volgens Nature hebben onderzoekers de meest geavanceerde miniatuurorgaanmodellen ooit ontwikkeld, die zelf voedende bloedvaten kunnen aanmaken.

Deze structuren, die het hart, de lever, de longen en de darmen nabootsen, bevatten een verscheidenheid aan celtypen en een complexe organisatie die nooit eerder in modellen is gezien.

Organoïden – minuscule 3D-celstructuren – worden al lang gebruikt om ziekten te bestuderen en medicijnen te testen. De meeste organoïden hebben echter geen bloedvaten, wat hun grootte, functie en ontwikkeling beperkt. Nieren hebben bijvoorbeeld bloedvaten nodig om bloed te filteren en longen om gassen uit te wisselen.

Vorige maand publiceerden twee onafhankelijke onderzoeksteams in de tijdschriften Science en Cell hoe ze vanaf het begin gevasculariseerde organoïden konden creëren. Ze begonnen met pluripotente stamcellen en manipuleerden vervolgens hun differentiatie om zowel orgaanweefsel als bloedvatcellen te creëren.

"Deze modellen laten echt de kracht van de nieuwe aanpak zien", aldus Oscar Abilez, een stamcelexpert aan de Stanford University en medeauteur van de hart- en leverstudie.

Aanvankelijk mengden onderzoeksteams vaak bloedvatweefsel en ander weefsel apart tot een ‘assembloid’ (een reageerbuismodel waarin veel organoïden of andere cellen werden gecombineerd), maar deze aanpak kon de werkelijke structuur nog steeds niet volledig reproduceren.

De doorbraak kwam voort uit een toevallige ontdekking tijdens het kweken van epitheelcellen. Verschillende onderzoeksgroepen, waaronder de Universiteit van Michigan, merkten op dat organoïden spontaan meer vasculaire endotheelcellen genereren. In plaats van deze te elimineren, probeerden ze dit fenomeen te 'repliceren' in darmorganoïden.

Met dat idee in gedachten probeerden Yifei Miao en collega's van het Instituut voor Zoölogie van de Chinese Academie van Wetenschappen de gezamenlijke ontwikkeling van epitheelcellen en bloedvatcellen in dezelfde kweekschaal te controleren. Aanvankelijk was dit moeilijk omdat de twee celtypen tegengestelde moleculaire signalen nodig hadden om te groeien. Het team vond echter een manier om de timing van de toevoeging van stimulerende moleculen aan te passen, zodat beide tegelijk konden groeien.

Als gevolg hiervan differentieerden de longorganoïden, na implantatie in muizen, zich tot vele celtypen, waaronder cellen specifiek voor de alveoli – de plaats van gasuitwisseling. Wanneer ze op een 3D-scaffold groeiden, rangschikten ze zichzelf in alveolaire structuren. Josef Penninger, expert bij het Helmholtz Zentrum für Infektionsforschung (Duitsland), beschouwde dit als een interessante stap voorwaarts.

Op dezelfde manier creëerde Abilez hartorganoïden die spiercellen, bloedvaten en zenuwen bevatten. Bloedvaten vormden kleine vertakkingen die door het weefsel slingerden. Deze aanpak creëerde ook miniatuurlevers met veel kleine bloedvaten.

De huidige organoïden repliceren echter nog steeds slechts de vroege stadia van de embryonale ontwikkeling. Penninger zegt dat wetenschappers grotere bloedvaten, ondersteunend weefsel en lymfevaten moeten ontwikkelen om organoïden als echte organen te laten functioneren. De volgende uitdaging is om "de kleppen te openen" zodat de bloedvaten daadwerkelijk kunnen stromen. "Dit is een ongelooflijk spannend gebied", zegt hij.

Bron: https://baoquocte.vn/dot-pha-noi-tang-nhan-tao-tu-hinh-thanh-mach-mau-320722.html